Незаконная рекомбинация в генетике. Методика незаконной рекомбинации.

Одиночная сайт-специфическая рекомбинация (незаконная) связана с мобильными генетическими элементами (МГЭ), рассмотренными в нашей статье. Напомним только, что к ним относятся IS (от англ. insertion sequences) элементы, или вставочные последовательности, и транспозоны - мобильные элементы, которые могут самостоятельно перемещаться из одного места генома в другое без использования промежуточной, независимой формы (такой, как плазмида).

Их перемещение не связано с гомологией последовательностей. Оба типа мобильных элементов: IS-последовательности и транспозоны обнаруживаются в геноме прокариот и могут присутствовать в плазмидах. Длина IS-элементов составляет примерно 1 000 п.н., на концах находятся короткие инвертированные повторы. IS-элемент встраивается в геном, и сайт встраивания (обычно несколько нуклеотидов, в среднем — 9) удваивается, фланкируя вставку в качестве прямого повтора. Обычно все пространство IS между повторами кодирует транспозазу - фермент, осуществляющий транспозицию. Частота транспозиции составляет 10-3—10-4 на элемент на поколение, вырезание происходит в 100 раз реже, чем инсерция.

Существуют два механизма транспозиции:
репликативная транспозиция — увеличивает количество транспозонов, т.к. исходный родительский транспозон остается на своем месте; нуждается в транспозазе (взаимодействуете концами родительского транспозона) и резольвазе (взаимодействует с дочерней копией);
нерепликативная транспозиция (транспозон физически перемещается);

Согласно модели, предложенной в 1979 г. Дж. Шапиро репликативная транспозиция осуществляется следующим образом:
а) на двух концах транспозона/IS-элемента (темные сегменты в верхней молекуле ДНК) двухцепочечная донорная ДНК разрезается рестриктазой;
б) таким же способом «открывается» с противоположного конца реципиентная ДНК. В области разрывов концы транспозона соединяются с выступающими концами разрыва реципиентной ДНК. При этом образуются две «вилки» со свободными 3-ОН-группами, способными осуществлять функцию затравок репликации;
в) затем в обеих вилках начинается полуконсервативная репликация МГЭ, продолжающаяся до момента встречи двух вилок и двух копий транспозона: одной — в исходном положении, другой- встроенной в структуру реципиентной ДНК. Репликация сопровождается дуплицированием небольшого участка реципиентной ДНК, копии которого оказываются расположенными по обе стороны встроенного МГЭ;

рекомбинация в генетике

г) после этого происходит сайт-специфическая реципрокная рекомбинация (по внутреннему сайту разрешения - 1RS). В итоге ДНК-донор содержит транспозон, а реципиентная ДНК — транспозон и фланкирующие последовательности, состоящие из прямых повторов.
Таким образом, при внедрении мобильного элемента встраивается не он сам, а его копия. Транспозиция проходит через образование коинтеграта, которое приводит к слиянию двух репликонов, содержащих по одной копии транспозона на каждом из стыков, и завершается разделением коинтеграта при участии резольвазы, Этапы консервативной транспозиции представлены на рисунке. Строго говоря, транспозиция — это не тип рекомбинации, а процесс, в ходе которого сегменты ДНК переносятся из одной хромосомы в другую с помощью рекомбинации.

Можно выделить два наиболее важных процесса, где рекомбинация играет значительную роль. Во-первых, это рекомбинационная репарация ДНК, которая особенно важна в тех случаях, когда возможна потеря информации за счет повреждения обеих цепей ДНК. Примером такого рода является образование одноцепочечной бреши во время репликации напротив нерепарированного повреждения. Подобная ситуация не может быть исправлена безошибочно без привлечения другой молекулы ДНК. Исследование рекомбинации у бактерий и одноклеточных эукариот позволяет предположить, что основное значение этого процесса - обеспечение репарации в тех случаях, когда повреждены обе цепи ДНК.

Во-вторых, как одна из составляющих комбинативной изменчивости, рекомбинация вносит существенный вклад в увеличение генетического разнообразия. В частности, процессы незаконной рекомбинации сопряжены с транспозицией МГЭ и вирусов, а также могут способствовать внедрению чужеродной ДН К. Кроме того, известен ряд заболеваний, возникающих у человека вследствие некорректной гомологичной рекомбинации.

В геноме человека встречаются области протяженной гомологии, особенно часто возникающие вследствие дупликации (удвоения) относительно крупных фрагментов ДНК. Один из примеров такого рода - дупликация фрагмента ДНК, содержащего гены CYP21 и ген комплемента. В ходе эволюции одна из копий, CYP2IA, накопила наследуемые изменения (мутации) и стала неактивной (образовался, так называемый, псевдоген). В результате высокой степени гомологии псевдогена CYP21A и активного CYP21B гена рекомбинация в гомологичных хромосомах может пойти по пути конверсии с перемещением участка гена CYP2IB на CYP21A. Либо может возникнуть деления гена CYP21B. Отсутствие активного гена в геноме приводит к адреногенитальному синдрому с гиперплазией коры надпочечников, вызванной недостаточностью 21 -гидроксилазы.

Во многих случаях причиной недостаточности 21-гидроксилазы являются мутации, произошедшие в результате генной конверсии. Доказательством служит то, что практически все точковые мутации в этом гене соответствуют нормальной последовательности псевдогена.

Другим примером может служить дупликация гена миелинового белка РМР22, которая происходит в результате гомологичной рекомбинации между крупными повторами (REP), которые фланкируют область 1.5 млн.п.н., содержащую ген. Эта дупликация - наиболее частая причина невральной амиотрофии Шарко—Мари—Тус. Деления гена миелинового белка РМР22 приводит к менее тяжелому заболеванию -наследственной нейропатии. Более подробно эти заболевания рассмотрены в статье медицинская генетика.

- Читать далее "Регуляция генной активности в ДНК. Транскрипция и регуляция генной активности."

Оглавление темы "Рекомбинация и транскрипция ДНК.":
1. Атаксия-телеангиэктазия или синдром Луи-Бар. Синдром Блума.
2. Синдром Хатчинсона-Гилфорда или прогерия детей. Синдром Вернера.
3. Комбинативная изменчивость. Генетическая рекомбинация.
4. Модель Холлидея. Структура Холлидея.
5. Модель Мезельсона-Реддинга. Модель Жостака в генетике.
6. Генная конверсия. Механизмы генной конверсии.
7. Сайт специфическая рекомбинация. Особенности сайт специфической рекомбинации.
8. Незаконная рекомбинация в генетике. Методика незаконной рекомбинации.
9. Регуляция генной активности в ДНК. Транскрипция и регуляция генной активности.
10. Этапы транскрипции. Особенности транскрипции.

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: